Зимними условиями по нормативным требованиям считается период, когда среднесуточная температура наружного воздуха ниже 5 °С и минимальная суточная температура ниже 0 °С.
На большей части территории России зимний период длится в среднем 6 месяцев. Чтобы не прерывать бетонные работы зимой в проектах производства работ предусматриваются технологические мероприятия для достижения бетоном в сжатые сроки до наступления холодного периода проектной прочности.
К производству бетонных работ зимой предъявляются следующие основные требования:
- обоснованный выбор метода зимнего бетонирования;
- подогрев компонентов бетонной смеси перед приготовлением бетонной смеси;
- перевозка бетонной смеси в транспортных средствах, обеспечивающих однородность и сохранность ее начальной тепловой энергии;
- обеспечение бетонной смеси перед подачей и укладкой необходимой тепловой энергией;
- соответствующая подготовка основания, опалубки и арматуры перед укладкой бетонной смеси;
- обеспечение удлиненного на 10-20 % режима уплотнения бетонной смеси;
- обеспечение проектных (по ППР) температурно-влажностных условий выдерживания бетона;
- достижение бетоном необходимой критической прочности до наступления его замораживания.
Применяют различные методы выдерживания бетона в зимних условиях, а именно:
- пассивная термообработка;
- активная термообработка;
- применение противоморозных добавок;
- комбинированные методы.
Пассивные методы термообработки бетонной смеси
К пассивным методам относятся:
- выдерживание в тепляках;
- метод «термоса».
Выдерживание бетона в тепляках
Метод выдерживания в искусственных укрытиях-тепляках применяется реже, так как его применение вызывает удорожание бетонных работ, связанных с дополнительными затратами; кроме того он осложняет выполнение смежных работ.
Искусственное укрытие – это трубчатый каркас, обшитый фанерой и легким утеплителем.
В последнее время в качестве тепляков применяются пневматические укрытия следующих конструкций:
- воздухопорные оболочки; их проектное положение обеспечивается избыточным давлением воздуха;
- пневмокаркасные покрытия; несущим каркасом в них являются трубчатые надувные арки или рамы; давление в таких покрытиях составляет 0,6-1,0 МПа.
Метод термоса
Сущность метода «термоса» состоит в том, что бетонная смесь, уложенная в утепленную опалубку, твердеет за счет изотермического и экзотермического химических процессов, т. е. за счет внесенного тепла самим бетоном и тепла, выделенного в результате гидратации цемента. Поэтому этот метод является энергоэкономным методом выдерживания бетона.
Процесс выдерживания бетона этим методом можно разбить на 3 периода:
- в первый период происходит небольшое снижение начальной температуры бетона в результате влияния наружной температуры;
- второй период характеризуется тем, что в результате изотермического процесса и гидратации цемента происходит повышение температуры бетона;
- в третьем периоде температура бетона, достигнув максимума термосного режима, начинает снижаться.
На интенсивное снижение оказывают прямое влияние температура наружного воздуха и теплоустойчивость опалубки.
Режим термосного выдерживания зависит от вида и марки цемента, вида и размеров бетонируемой конструкции, условий выполнения работ.
Наиболее эффективен метод «термоса» для конструкций с модулем поверхности не более 6, т. е. для конструкций массивных.
Метод «термоса» следует применять при температуре окружающей среды не ниже –15 °С.
Метод «термоса» следует применять в тех случаях, когда к бетону предъявляются повышенные требования по морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости.
Активная термообработка
Активная термообработка или электротермообработка – это искусственное внесение тепла в бетонную конструкцию в период ее твердения с целью достижения бетоном критической прочности в сжатые сроки.
Различают следующие методы электротермообработки бетона:
- электропрогрев;
- контактный электропрогрев;
- индукционный прогрев;
- инфракрасный нагрев.
Режим электропрогрева
Электропрогрев бетона: используют одно или трехфазный переменный ток нормальной частоты.
Электропрогрев бетона проводят при пониженных напряжениях (50-100 В).
Применяют две схемы электропрогрева: периферийный и внутренний.
Электропрогрев проводят с помощью электродов. По способу расположения электродов в прогреваемой конструкции они бывают внутренние и поверхностные:
- сущность внутреннего электропрогрева заключается в том, что электроды располагаются внутри бетонной конструкции; электрическая энергия преобразуется внутри бетона в тепловую;
- при периферийном электропрогреве электроды размещаются по наружной поверхности бетона; направление теплопередачи тепловой энергии – от периферии во внутрь конструкции.
Применяют три режима электропрогрева: трехступенчатый, двухступенчатый и пульсирующий (рис. 1).
Рис. 1. Графики режимов прогрева бетона:
а – изотермический режим; б – изотермический с остыванием;
в – ступенчатый
Широко используется трехступенчатый режим
Сущность его состоит в следующем: первая ступень – происходит плавный подъем температуры до расчетного значения; вторая ступень – изотермический прогрев при постоянной температуре; третий период – остывание бетона от расчетной величины до 0 °С.
Контактный электрообогрев бетона
Для контактного электрообогрева монолитных тонкостенных конструкций довольно часто применяют термоактивные (греющие) опалубки. Тепло бетону передается через слои материала от электронагревателей различного типа – трубчатых (ТЭНы), сетчатых, кабельных. Особенно эффективно использование греющей опалубки для периферийного обогрева тонкостенных конструкций толщиной прогреваемого слоя бетона на одну поверхность нагрева не более 200 мм.
По сравнению с электропрогревом контактный электрообогрев дает экономию около 20 % потребляемой электроэнергии.
Рассматриваемый метод обогрева бетона имеет по сравнению с другими ряд преимуществ, а именно:
- электробезопасность;
- возможность применения для всех тонкостенных конструкций независимо от процента их армирования;
- высокая степень оборачиваемости опалубки;
- возможность предварительного обогрева опалубки с целью устранения наледи;
- возможность обеспечения более равномерного температурного поля и регулирования этого процесса.
При применении термоактивной опалубки температура бетонной смеси должна дать не ниже +5 °С.
Прогрев осуществляют при температуре 30-60 °С со скоростью подъема температуры 5-10 °С/ч.
В последнее время в качестве греющего элемента используют покрытия из полипропилена.
В качестве заполнителя в состав покрытия с целью повышения теплопроводности стали вводить ацетиленовую сажу.
Полипропиленовое покрытие, обладая гидрофобными свойствами, обеспечивает защитные и антиадгезионные функции.
Они наиболее целесообразны при бетонировании распластанных или наклонных тонкостенных конструкций с большими открытыми поверхностями.
ТАГП следует использовать сразу после укладки предварительно разогретой бетонной смеси.
Метод индукционного прогрева
Этот метод основан на использовании электромагнитной индукции, при которой энергия переменного электромагнитного поля превращается в арматуре или в стальной опалубке в тепловую и далее передается бетону. При прохождении электрического тока через обмотку-индуктор вокруг нее возникает градиентное магнитное поле.
В арматуре или металлической опалубке, находящейся в зоне этого поля, возникают вихревые токи, нагревающие металл, возникающее при этом тепло передается непосредственно бетонной среде.
Наличие электромагнитного поля обеспечивает более равномерный прогрев бетона, так как происходит более равномерное распределение влаги в прогреваемой конструкции. Применяют различные схемы индукторов: многоветвевые катушки, индукторы в виде плоской концентрической спирали, индукторы с сердечником из трансформаторной стали и др.
Удельный расход электрической энергии равен 130-150 кВтч/м3.
Индукционный прогрев целесообразно использовать при термообработке стыков сборных конструкций, сооружений, возводимых в переставной и скользящей опалубках и др.
Инфракрасный нагрев бетона
Он основан на передаче лучистой энергии от генератора инфракрасного излучения нагреваемым поверхностям через воздушную среду.
Инфракрасный нагрев применяют при термообработке монолитных стыков сложной конфигурации, густоармированных стыков старого бетона с укладываемым; он рационален для нагрева горизонтальных тонкостенных конструкций (плит, оболочек), обогрева «активной» поверхности железобетонной несъемной опалубки и др.
Обогревают инфракрасными лучами как открытые поверхности бетона, так и закрытые опалубкой.
В качестве генераторов излучения используют трубчатые, стержневые карборундовые излучатели. Удельная мощность таких излучателей – 0,6-1,2 кВт/м, температура – 1300-1500 °С.
Генераторы излучения помещают в металлический сферический или трапецеидальный отражатели.
Преимуществами метода являются:
- простота изготовления и эксплуатации;
- электробезопасность;
- отсутствие необходимости в переоборудовании опалубки;
- возможность отогрева основания, удаление наледи до бетонирования.
К числу недостатков можно отнести:
- существенная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к электрической сети инфракрасных излучателей;
- высокий удельный расход электроэнергии.
Применение противоморозных добавок
Противоморозные добавки снижают температуру замерзания воды, ускоряют процесс твердения бетона.
Противоморозные добавки применяют в количестве 3-10 % от массы цемента; количество добавок зависит от температуры бетона, вида добавки.
К химическим добавкам, ускоряющим твердение бетона, относятся: хлористые соли – NaCl (хлорид натрия) и CaCl2 (хлорид кальция), NaNO3 (нитрат натрия), Na2SO4 (сульфат натрия).
К добавкам, снижающим температуру замерзания воды в бетоне относятся: К2СО3 (углекислый калий или поташ), NaNO3, комплексные добавки NaNO3 + CaCl2, NaCl + CaCl2.
При бетонировании армированных конструкций необходимо применять добавки, не вызывающие коррозию арматуры и не дающие высоты на поверхности бетона; к ним относятся хлористые соли; нитрат натрия и поташ.
Когда химические добавки вводят в бетонную смесь в количестве 10-15 % массы цемента, то получают холодный бетон. Холодный бетон в 28 суточном возрасте приобретает не более половины проектной прочности.
Противоморозные добавки нельзя применять: в конструкциях, работающих в агрессивной среде, содержащей примеси кислот, сульфатов, щелочей; в конструкциях, подверженных в период эксплуатации тепловым воздействиям более 60 °С; при расположении конструкций на расстоянии менее 100 м от источника высокого напряжения.
